题目内容

12.如图,竖直平面(纸面)两水平线间存在宽度为d的匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里.一质量为m、边长也为d的正方形线圈从磁场上方某处自由落下,t1时刻线圈的下边进入磁场,t2时刻线圈的上边进入磁场,t3时刻线圈上边离开磁场.已知线圈平面在下落过程中始终与磁场方向垂直,且线圈上、下边始终与磁场边界平行,不计空气阻力,则线圈下落过程中的v-t图象可能正确的是(  )
A.B.C.D.

分析 线框先做自由落体运动,求得进入磁场时的速度,求出安培力,再根据安培力和重力的关系结合牛顿第二定律,确定线框在磁场中的运动形式,出磁场后线框再做自由落体运动.

解答 解:0-t1时间内,线框做自由落体运动,根据速度公式得:v=gt,得t1时间内线框做匀加速运动,到达t1时速度达到最大,t3以后,线框做自由落体运动,再做匀加速运动.
t1-t3时间内,线框在磁场中运动,下边切割磁感线产生感应电流,线框受安培力和重力作用,
开始进入时,如果:$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{R}$>mg,有牛顿第二定律得:$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{R}$-mg=ma,加速度方向向上,速度向下,线框做减速运动,随着速度的减小加速度在减小,加速度减小到零时,速度达到最小,故B正确;
开始进入时,如果:$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{R}$<mg,有牛顿第二定律得:mg-$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{R}$=ma,加速度方向向下,速度向下,线框做加速运动,随着速度的增大加速度在减小,加速度减小到零时,速度达到最大,保持匀速,直至出磁场后做匀加速运动,故C错误,D错误;
开始进入时,如果:$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{R}$=mg,线框做匀速运动,直至出磁场后做匀加速运动,故A正确;
故选:AB

点评 本题是电磁感应和牛顿第二定律相结合的题目,重在分析进入磁场时的安培力和重力的关系,结合牛顿第二定律分析运动即可.

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